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SCIENTIFICAMERICAN我们为什么不能长生不老？当我们逐渐长大，细胞开始背叛我们。通过揭开老化的奥秘，科学家也许能够让我们的寿命更长，更健康。——ThomasKirkwood如果可以计划自己的生命将如何结束，在最后一周，一天，一小时，甚至一分钟，你会选择什么？例如，保持最好的状态直至生命的最后一分钟，然后快速的离开。很多人说会这样选择。但我看到一个关键，如果某个瞬间你感觉不错，那么下一刻，你最想得到的是避免死亡。而你的突然离去，你爱的家人以及朋友会面临残酷的现实，遭受痛苦。另一方面，长期应对终末期疾病并不容易，失去爱人的痛苦犹如黑暗梦魇。我们都倾向于避免去思考生命的结束。然而，无论是对于我们自己还是正确地定义医疗政策和研究的目标，提出这样的问题都是有益健康的。同样重要的是要问科学在致力于避免死亡方面能提供多少帮助。延续生命通常说，我们的祖先与死亡之间的关系更轻松，仅仅因为死亡在古代更加司空见惯。仅100年前，西方的预期寿命比现在约短25年。之所以这样，是因为很多儿童和年轻人因为各种原因导致过早死亡。有四分之一的儿童在5岁以前死于感染；年轻妇女常丧命于分娩并发症;甚至有时，年轻园丁，手抓到毒刺，也可能会因血液中毒致命。SCIENTIFICAMERICAN过去一个世纪的卫生和医疗护理发展，大大降低了幼年和中年的死亡率，现在大多数人寿命更长，整体人口趋向老龄化。全世界范围内人的预期寿命仍在不断增加。发达国家人的预期寿命每天延长五小时或更多，在这方面许多发展中国家，追赶的速度更快。今天，死亡的主要原因是衰老过程本身及其引起的各种疾病，如导致细胞无限增殖的癌症；以及相反，导致脑细胞过早死亡的阿尔茨海默氏病。直到1990年，人口统计学家自信地预测，预期寿命增加的历史趋势将很快停止。许多研究人员认为，老化是一个必然的过程，被编程于生物产生之初，确定机体内在的死亡时间。没有人预见到预期寿命的持续增长。这使政治家和相关规划人员惊讶。科学家们仍然认为老化概念不是既定的，平均寿命还没有达到极限。他们致力于持续的改变，因为研究人员尚不能完全理解。如今，老年人死亡率的下降正在将人类预期寿命推向未知领域。人类寿命将延长多少？在美国乃至全球，人类预期寿命或平均寿命的增长史已经持续100多年（如图）。然而，有证据表明，生物因素的约束使大多数物种不能超过该物种特有的年龄限制（如下）。研究者希望通过医学干预降低这种约束能延长如今最大可实现的寿命，至少可以帮助人们在更长时间里保持健康。约束限制一个物种包括人类可以达到的最大年龄取决于生物学（更简单的生物体可以达到玛士撒拉（圣经中的长寿人物）年龄，但更复杂的生物不能）和环境（危险的环境导致快速繁殖，快速衰老和夭折）。平均寿命（单位：年）寿命延长在美国乃至世界各地，医学和卫生方面的进展延长了人类生命。SCIENTIFICAMERICAN最大寿命（年）接受新的想法并不是很容易，因为科学家也是人，并且在成长过程中，我们先入为主的形成了关于人体是怎样衰老的认知。几年前在非洲，当我开车带着我的家人时，轧死了一只山羊。我向我六岁的女儿解释之前发生的事，她问：“这是一只小山羊还是老山羊？”我很好奇她为什么想知道这个。“如果它老了，就没有那么悲伤，因为它反正也不会活更长的时间了。”我对她的回答记忆犹新。如果这种对待死亡的深奥态度形成在早期，就不奇怪现代科学难以接受“我们对于衰老的认知多数是错误的”的事实。为了探究目前是什么控制衰老？让我们从生命终点的开始设想。当人咽下最后一口气，死亡来临，生命结束。此时，身体的大多数细胞还活着，它们不知道刚刚发生了什么，仍然在竭尽所能的执行着支撑生命的代谢功能-从周围的环境获取氧和营养物质，产生能量以制造和激发蛋白质活性（细胞的主要工作）和其他细胞成分。在短时间内，缺少氧会使细胞死亡。随着它们的死亡，大量的古老的生命体将安静地走向死亡。机体的每一个细胞都会死亡，如果找到有价值的记录，及时通过不间断的细胞分裂链追本溯源，可以追溯到四十亿年前，地球上出现的最早细胞生命形态。死亡是必然的。但是一些细胞有着令人惊讶的性质：它们被赋予了在地球上可以达到的近乎不朽的特质。死亡之前，只有少数的细胞会继承这种不朽的血统--孩子的出世。每个机体中只有一种细胞可以逃离这种死亡-“精子或卵子”-SCIENTIFICAMERICAN对于每个幸存的的孩子。婴儿出生，成长，成熟和繁衍，所以生命得以继续。我们这种设想不仅揭示了我们身体的不能再生生命细胞的命运，而且揭示了我们依赖的不可思议的不朽细胞家族的命运。老化科学的中心谜题是，为什么地球上大多数生物都会死亡？为什么生命的演变进化不能引导我们的细胞享受再生生命家族的不朽特点，就像精子和卵子那样？这个谜题首先被19世纪的德国自然主义者维斯曼所提出，我是在1977年初的一个冬夜的浴室里想到了一个解决方案。并且相信，现在称为“一次性体细胞理论”的答案，用于解释不同种族的衰老机制将走的更远。我们为什么会衰老考虑到细胞和复杂的生物在试图生存时面临的挑战，该理论可以最好地被理解。当DNA突变、蛋白质被破坏、被称为“自由基”的高活性分子破坏细胞膜时等等，细胞都会受到损伤。生命取决于遗传数据的持续复制和翻译，正如我们所了解的，应对这些情况的分子机制，尽管很好，但并不完美。考虑到所有这些挑战，维系种系的不朽变得非常重要。活细胞不断地受到破坏，而且生殖系没有免疫能力。生殖系不会在灾难性的错误中消亡的原因是，一方面，是细胞的自我维护和修复的高度复杂机制，另一方面，是其通过持续竞争避免更严重的错误的能力。精子产量过剩，通常只有质量高的那部分可以使卵子受孕。卵母细胞数量远多于排卵数，紧控卵子质量，限制瑕疵细胞的生成。最后，即使错误的变异侥幸逃脱上述监控，自然选择会进行SCIENTIFICAMERICAN最终裁决决，也就是说只有适者才得以进行种类繁衍。在单细胞即受精卵完成发育成复杂个体的壮举之后，事情变得相对简单，只需保持个体长存即可，正如美国进化学家乔治·威廉姆斯指出的那样。的确，对于一些多细胞有机体来说，显然遵循不老法则。比如淡水水螅，就表现出非凡的生命力。诚然，水螅并非不会长大，而是就其年龄增长死亡率却不会增长、繁殖能力也不会下降这一点来说的。如果水螅不小心被剪成了碎块，显然它有能力从碎片长成新成体。非常简单，水螅永葆青春的秘诀就在于生殖细胞贯穿其整个机体。若是长生的生殖细胞遍布全身，只要不受伤而死或被吃掉，水螅个体可无限生存自然也就没什么可奇怪的。然而，在大多数多细胞动物中，生殖细胞仅存在于生殖器官内，也就是产生精子和卵子的地方。这种安排具有极大的优势。在漫长的进化史中，这种布局使得其他种类的细胞可以分化成特定细胞，如部分形成神经，肌肉与肝细胞，这正是复杂有机物的进化需要，无论三角龙还是人类都是如此。生殖类型对有机体衰老以及其存活时长有长远影响。一旦分化细胞丧失维持物种繁衍的功能，它也就失去了永生的必要；它们完全可以在生物体内通过生殖细胞将遗传信息传给下一代后无疾而终。最终的取舍所以，这些特定细胞可以存活多久？换言之，我们人类以及其他复杂生命体可以存活多久？这个答案对任何特定物种都有很大关系，在进化进程中，其祖先面临着环境威胁，并且在维持身体良好工作次序时伴随着能量耗费。到目前为止，大多数自然生物由于意外，捕食，感染或饥饿而死于相对年轻的年龄。例如，野生小鼠正处于非常危险的环境。它们被杀得相当快，野生老鼠很难存活满一岁。相对地，蝙蝠更安全，因为它们可以飞。同时身体的维护花费是昂贵的，并且资源通常是有限的。在日常摄取的能量中，部分可能会用于细胞增长，部分用于身体工作和运动，部分用于生殖。相反，一些能量可以作为脂肪储存以防止饥饿，还有很多能量燃烧用于修复生物体生存中时刻产生的不计其数的错误。另外这些稀缺资源的增加可以去校对参与新蛋白质和其他重要分子的连续合成的遗传密码。还有一种分配是耗能较多的垃圾处理SCIENTIFICAMERICAN机制，即清除分子碎片的过程。这就是“一次性体细胞理论”的由来。该理论认为，就像日常产品：车或大衣的制造商，进化的物种必须做出取舍。如果在一个可预测的时间段内环境可能导致死亡，那么投资于无限期生存是不值得的。对于物种的生存，一个基因组需要保持一个有机体的良好状态，使它能够成功地在时间段内复制。在生命的各个阶段，甚至到最后，身体都在尽其所能活下去，换言之，机体的编码不是为了衰老和死亡而设定的，而是为了生存。但在自然选择的巨大压力下，相对于力求使机体永存，可以优先投资于物种的生长和繁殖。所以，衰老是由多种未修复的分子和细胞的损伤逐渐积累驱动的。没有生物软件程序精确地决定机体什么时候死亡，但越来越多的证据表明，某些基因会影响寿命。20世纪80年代，TomJohnson和MichaelKlass，从事小线虫的研究工作，发现了一种基因有这一效应。一种基因变异，研究人员命名为age-1，可以使平均寿命延长40%。自那时以来，许多实验室研究人员发现了许多其他基因，可以延长线虫寿命，类似的基因突变也出现在其他动物身上，从果蝇到小鼠。延长寿命的基因主要改变生物体的新陈代谢，它利用能量来维持身体机能。研究者发现这些基因在胰岛素信号通路扮演者重要角色，在代谢调节中起着关键作用。构成这一通路的分子相互作用改变了其他数百个基因的整体活性水平，负责控制所有进行细胞维护和修复的复杂过程。实际上，延长寿命似乎需要改变那些，正如我们所知道的，那些保护身体不受伤害的过程。食物量的多少也会增加或减少新陈代谢。早在20世纪30年代，研究人员惊讶的发现，摄食不足延长了实验啮齿动物的生命。此外，调节代谢似乎对（机体）损伤积累的速率有所影响，因为受到饮食限制的小鼠提高了一系列维持和修复机体的能力活性。乍看起来，似乎很奇怪-缺少食物的动物应该消耗更多能量，而不是更少的能量去维持身体机能。然而，饥荒时期是一个糟糕的繁殖时机；而且一些证据表明，在饥荒期间，某些动物会更好的关闭自身的繁殖力，从而将体内大量的剩余能量用于维持细胞存活。SCIENTIFICAMERICAN如何权衡老龄化？老化发生是因为我们的身体必须在再生与保持良好的修复之间进行权衡，根据作者的“一次性体细胞”理论。鉴于有限的能量供应，用于制造和保护精子和卵的数量规模的能量消耗小于确保“体细胞”-皮肤，骨骼，肌肉等-保持在良好状态的能量消耗。结果，细胞随时间积累损伤，这最终导致一些器官或另一器官患病。如果身体机能完全受损，死亡随之发生。机体如何分配能量？实际上在蠕虫，苍蝇和小鼠中实现了生命的延长。这些动物具有短暂的，快速繁殖的生物学特质，迫切需要以适应快速变化的环境的方式来管理他们的新陈代谢。例如，在线虫蠕虫中，大多数对生命期的更突出的影响是由基因突变引起SCIENTIFICAMERICAN的，只要它们发现自己处于恶劣的环境中并且潜在地需要长跋涉找到更好的生活条件，上述突变进化为允许蠕虫将它们的发育转变为抗压形式，。另一个事情也很清楚：更长寿的蠕虫，苍蝇和老鼠仍然经历衰老过程。老化发生是因为损伤仍然累积，并且在时间上导致身体的健康功能的破坏。因此，如果我们希望更好实现我们的目的，我们需要看到别的问题。特别是，我们需要关注如何安全地限制或扭转造成损害的积累，阻止其最终导致年龄相关的虚弱，残疾和疾病。这个目标代表了巨大的挑战，并需要联合现有更多的跨学科研究。可以延缓衰老吗?没有人知道如何减缓人体衰老。但是基本的研究过程可能最终会发明长寿药。一些化合物可能参与细胞代谢（能量使用），以模仿在动物中发现的好处（下图）;其他可能改变受损细胞行为的方式。精益和长寿一定的治疗可能重新定向于细胞代谢，倾向于维持规模，修复功能和减少繁殖，从而保持身体器官健康生长。能量限制增加了动物，“蠕虫”和“小鼠”的平均寿命，超过了正常饮食的动物的平均寿命（图）。目前还不清楚能量限制模式是否可以在人体中实施。限制热量增加动物的寿命SCIENTIFICAMERICAN限制卡路里会影响能量分配限制卡路里会影响能量分配限制卡路里会影响能量分配没有简单的答案老化是一个复杂的过